2024年中国半导体设备行业总览：前道设备国产替代正当时（摘要版）

团队介绍 Our Team 头豹深耕行企研究6年，凭借丰富的内容生产、平台运营和知识管理经验，基于人工智能、大模型、云计算等先进数字技术，构建了业内领先的全产业覆盖、百万级原创研究内容数据库，首创全开源、多方协同、可拓展的智慧行研平台——“脑力擎KnowlengineTM”知识管理与研究辅助KaaS系统，并通过“AI推理+AI搜索”双引擎辅助分析师提升工作效能，加深行研精度，助力行业实现数字化转型升级，赋能数字中国建设。 头豹科创网(www.leadleo.com)拥有20万+专业用户，全行业赛道覆盖及相关研究报告产出数百万原创数据元素，每年数千场直播及视频内容，用户覆盖了超过70%的投融资机构、金融机构和资本市场服务机构。近年来，头豹研报在资本市场的影响力逐年提升。据不完全统计，已有上百家拟上市及上市公司在其信披材料中大量引用头豹数据及观点。头豹精选报告被全球著名的财经资讯平台路孚特(Refinitiv)广泛收录，帮助中国企业获得国内外投资机构重点关注，吸引投资，赋能企业发展。 报告作者 Report Author 姓名：张俊雅 职位：头豹研究院TMT行业分析师 Email：jacob.zhang@leadleo.com 2023年全球半导体设备市场出现下滑，晶圆制造投资量占比超80% 全球半导体设备市场在5G、AI、物联网等新兴技术的驱动下不断扩大，市场规模由2019年的598亿美元增长至2022年的1,076亿美元，2017-2022年CAGR为 15.8%。2023年，受到下游芯片需求疲软，以及终端库存过高的影响，全球半导体设备市场规模同比下降18.6%至874亿美元。预计2024年需求回暖，全球半导体设备市场规模达1,053亿美元，同比增长4.0%。 半导体设备国产化率已达35%，预计在2025年提升至50% 全球半导体设备市场高度集中，海外龙头厂商仍处于垄断地位。中国半导体设备厂商已覆盖多个细分领域，其中在去胶、清洗、刻蚀设备方面国产化率较高，在 CMP、热处理、薄膜沉积设备上有所突破，而在量测、涂胶显影、光刻、离子注入等设备上的国产化程度仍较低。半导体设备整体国产化率已达35%，预计在2025年提升至50%，并初步摆脱对美日荷半导体设备的依赖。 美日荷先进半导体设备封锁，国产替代进程加速 2022年10月，美国对中国半导体产业制裁升级。2023年3月，荷兰也加入了美国对华芯片出口管制的阵营。日本经济产业省也发布修订外汇法法令，将23类先进的 芯片制造设备纳入出口管理的管制对象。其中包括清洗设备、成膜设备、热处理设备、曝光设备（包括极紫外EUV相关产品的制造设备）、蚀刻设备、高端光刻胶等。 2022年以来，地缘政治不确定性持续加剧，半导体设备作为中国主要的“卡脖子环节”，仍处于国产替代的黄金期。 全球半导体行业：2023年全球半导体市场低迷，预计2024年市场开始进入上行周期 2023年，全球半导体市场规模为5,201亿美元，同比下滑9.4%，主要由于2023年下游需求疲软且库存高位，导致半导体市场低迷。在AI芯片需求强劲的推动下，预计全球半导体市场在2024年逐步回暖 全球半导体市场规模，2019-2024E 半导体主要品类占比，2023 集成电路 分立器件 传感器 光电器件 逻辑器件 模拟器件 存储器 微处理器 半导体是指介于导体与绝缘体之间的物理材料，其广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车、工业/医疗、军事/政府等核心领域。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的分类标准，半导体主要由四个组成部分组成：集成电路（约占84.3%），光电器件（约占6.9%），分立器件（约占5.3%），传感器（约占3.5%）。其中，集成电路按照产品种类又可分为四大类：微处理器（约占13.4%），存储器（约占26.3%），逻辑器件（约占30.4%），模拟器件（约占14.3%）。 根据WSTS的数据，全球半导体市场规模由2019年的4,123亿美元增长至2023年的5,201亿美元。2023年全球半导体市场规模同比下滑9.4%，主要由于2023年下游需求疲软且库存高位，导致半导体市场低迷。然而在AI芯片需求强劲的推动下，全球半导体行业将有所回暖，开始进入上行周期。预计2024年全球半导体市场规模将增长至5,884亿美元，同比增长13.1%。 全球半导体设备：2023年全球半导体设备市场出现下滑，晶圆制造投资量占比超80% 2023年全球半导体设备市场规模受下游需求不振影响有所下滑，达874亿美元。在半导体设备投资中，晶圆制造设备占比超80%，其中刻蚀设备、薄膜沉积设备、光刻机价值量占比分别为22%、22%和17% 全球半导体设备市场规模，2019-2024E 半导体设备价值量占比，2023 全球半导体设备市场在5G、AI、物联网等新兴技术的驱动下不断扩大，市场规模由2019年的598亿美元增长至2022年的1,076亿美元，2017-2022年CAGR为15.8%。2023年，受到下游芯片需求疲软，以及终端库存过高的影响，全球半导体设备市场规模同比下降18.6%至874亿美元。预计2024年需求回暖，全球半导体设备市场规模达1,053亿美元，同比增长4.0%。 在晶圆厂的资本开支中，20%-30%用于厂房建设，70%-80%用于设备投资。根据国际半导体产业协会（SEMI），前道设备（晶圆制造）投资量占半导体设备投资量的约80%，封装和测试设备占比分别约为10%和8%。在晶圆制造设备中，刻蚀设备、薄膜沉积设备和光刻机分别占前道设备价值量的22%、22%和17%。 半导体设备全景图：IC制造流程复杂，涉及半导体设备种类繁多 总体来说，半导体设备可分为制造设备与封测设备，其中制造设备又可分为晶圆生产设备和晶圆工艺设备，封测设备又可分为封装设备和测试设备 半导体设备全景图 前道工艺78%~80% CVD设备PVD设备RTP设备ALD设备 气相外延炉 氧化炉RTP设备激光退火 等离子体刻蚀等离子去胶机湿法刻蚀设备 PVD设备CVD设备电镀设备 涂胶/显影光刻机 等离子去胶机离子注入机 CMP设备刷片机 量测/检测清洗 背面减薄 晶圆切割 贴片 引线键合 模型 切筋/成塑 FT 检测设备贴膜机减薄机 后道工艺18%~20% 晶圆安装机划片机清洗设备ADI 注塑机 激光打标机烤炉X-ray 引线键合机 微波/等离子清洗 贴片机烤箱 切筋/成型设备AOI 测试设备 厚度/粗糙度测量仪剥膜机 AOI 在IC制造环节，晶圆制造包括硅片制造和晶圆加工工艺，其中前者包括拉单晶、晶体加工、切片、研磨、倒角、抛光等一系列步骤，后者包括氧化、涂胶、光刻等一系列步骤，半导体设备就在这些相应的步骤中被使用。在IC制造环节后，内嵌集成电路尚未切割的晶圆片会进入IC封测环节，包括磨片、切割、贴片等一系列步骤，在各步骤中需使用相对应的半导体封装和测试设备，最终得到芯片成品。 半导体设备国产化进程（1/3）：中国半导体设备厂商已覆盖多个细分领域 全球半导体设备市场高度集中，海外龙头厂商仍处于垄断地位，中国半导体设备厂商已覆盖多个细分领域，但仍处于国产化替代的早期阶段 中国大陆半导体设备厂商产品布局 工艺流程 单晶生长 前道工艺 后道工艺 半导体设备国产化进程（2/3）：半导体设备国产化率已达35%，预计在2025年提升至50% 中国半导体设备厂商在去胶、清洗、刻蚀设备方面国产化率较高，在CMP、热处理、薄膜沉积设备上有所突破，而在量测、涂胶显影、光刻、离子注入等设备上的国产化程度仍较低 主要半导体设备海内外品牌及国产化率 全球半导体设备市场高度集中，海外龙头厂商仍处于垄断地位。中国半导体设备厂商已覆盖多个细分领域，其中在去胶、清洗、刻蚀设备方面国产化率较高，在CMP、热处理、薄膜沉积设备上有所突破，而在量测、涂胶显影、光刻、离子注入等设备上的国产化程度仍较低。半导体设备整体国产化率已达35%，预计在2025年提升至50%，并初步摆脱对美日荷半导体设备的依赖。 半导体设备国产化进程（3/3）：美日荷先进半导体设备封锁，国产替代进程加速 2022年以来，美日荷相继发布对华芯片出口管制措施。半导体设备作为中国主要的“卡脖子环节”，正处于国产替代的黄金期。2023年6-7月，中国半导体设备进口额大幅增长，表明国产厂商正持续扩大成熟制程芯片的生产 美日荷半导体设备出口管制措施，2022-2023 中国大陆半导体设备进出口额，2018-2022 单位：[亿美元] 单位：[%] 国家 日期 主要半导体设备管制措施 2022年10月，美国对中国半导体产业制裁升级。2023年3月，荷兰也加入了美国对华芯片出口管制的阵营。日本经济产业省也发布修订外汇法法令，将23类先进的芯片制造设备纳入出口管理的管制对象。其中包括清洗设备、成膜设备、热处理设备、曝光设备（包括极紫外EUV相关产品的制造设备）、蚀刻设备、高端光刻胶等。2022年以来，地缘政治不确定性持续加剧，半导体设备作为中国主要的“卡脖子环节”，仍处于国产替代的黄金期。 2022年，中国大陆半导体设备行业整体进口金额达到347.2亿美元，出口金额达41.2亿美元，进出口贸易逆差达306.0亿美元。2023年6月和7月，中国进口的半导体设备价值总额接近50亿美元，较去年同期的29亿美元增长了70%，其中大部分进口的半导体设备来自于荷兰和日本。中国对半导体设备进口额的大幅增长，表明中国半导体制造厂商正在继续扩大成熟制程的生产。 薄膜沉积设备（1/3）：半导体制造关键设备，其技术可分为CVD、PVD和ALD三大类 薄膜沉积设备是半导体制造的核心设备，薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中的介质层与金属层的沉积，包括CVD（化学气相沉积）设备、PVD（物理气相沉积）设备/电镀设备和ALD（原子层沉积）设备 薄膜沉积技术分类及对比 薄膜沉积设备是半导体制造的核心设备，不同类型的设备适合不同沉积材料和用途。薄膜沉积技术则是指在硅片衬底上沉积一层待处理的薄膜材料，所沉积薄膜材料可以主要分为：介质材料（二氧化硅、氮化硅、多晶硅等）、金属材料（铜、钨、钛、氮化钛等）和半导体材料（单晶硅、多晶硅等）。薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中介质层与金属层的沉积，具体包括化学气相沉积（CVD）设备、物理气相沉积（PVD）设备、电镀设备和原子层沉积（ALD）设备，其中ALD又是属于CVD的一种，主要应用于先进制程工艺节点。从沉积效果看，PVD是指向性沉积，适合沉积金属材料，而CVD和ALD的沉积覆盖性较好，适合沉积介质材料，其中ALD对薄膜厚度控制精准度高，但沉积速度较慢。 薄膜沉积设备（2/3）：芯片制程升级，推动薄膜沉积设备需求大幅增长 先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量大幅提升，随之制造设备成本也会越来越高，所需的薄膜沉积设备数量也随之增加 不同工艺节点薄膜沉积工序对比 不同制程产线薄膜沉积设备数量对比 薄膜沉积设备占FLASH产线资本开支比例 先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量大幅提升，当线宽向 7nm 及以下制程发展，需要采用多重曝光工艺，薄膜沉积次数明显增加。在 90nm CMOS芯片工艺中，大约需要40道薄膜沉积工序。在 3nm FinFET工艺产线，大约需要超过100道薄膜沉积工序，涉及的薄膜材料由6种增加到近20种，对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级，进而拉动晶圆厂对薄膜沉积设备需求量的增加。 逻辑芯片制造工艺极为复杂，工艺制程的不断缩小尤其是在 22nm 以下，所需制造设备精准度大幅提升，随之设备成本也会越来越高，所需的薄膜沉积设备数量越多。中芯国际180nm8 寸晶圆产线每万片月产能需要CVD设备及PVD设备分别为9.9台和4.8台，更先进的 90nm12 寸晶圆产线每万片月产能需要CVD设备和PVD设备分别为42台和24台。 在FLA